دانلود پایان نامه

جدول ‏۰۱- تعدادی از توابع زمان سفر ]۹[ ۹۱

:مقدمه و کلیات تحقیق

در این فصل به جایگاه مساله مورد مطالعه در ادبیات، محدوده شمول مساله، تعاریف و تقسیمبندیها موجود در رابطه با مساله مورد مطالعه در این پایان نامه می پردازیم و چگونگی مدلسازی مساله را خلاصه تشریح می کنیم.
مقدمه
گسترش شهرنشینی در دهههای اخیر موجب شده است که شهرها و حومههای آنها به عنوان مهمترین مراکز سکونت و فعالیت انسان معاصر مطرح شوند. افزایش مستمر جمعیت شهرنشین در بسیاری از کشورها به موضوع چالش برانگیزی برای مسئولان دولتی تبدیل شده است. چرا که محدودیتهای موجود در سیستمهای حملونقل شهری از جمله محدودیت زمین، ظرفیت معابر و مسایلی از این دست مانع از توسعه آنها همگام با رشد جمعیت و در نتیجه رشد تقاضاهای سفر میشوند. تصمیمات برای سرمایهگذاری و بهبود سیستمهای حملونقل شهری باید با در نظر گرفتن مسایلی چون منابع مالی موجود، تاثیرات تصمیمات در بهبود ازدحام خودروها در معابر و مسایلی از این دست صورت گیرند.
در همین راستا، دستهای از مطالعات بهینهسازی به طراحی و بهبود شبکههای حملونقل شهری میپردازد. شبکههای حملونقل شهری شامل زیرمجموعههایی چون شبکه معابر شهری و شبکههای حملونقل عمومی هستند که تصمیمات طراحی در آنها را میتوان در قالب سلسله مراتبی از تصمیمهای بلندمدت، میانمدت و کوتاهمدت تقسیمبندی کرد. تصمیمات بلندمدت بیشتر به توسعه زیرساختها و توپولوژی شبکهها اختصاص دارند. ساخت معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر موجود، طراحی مسیرهای عبور و مرور شبکه حملونقل عمومی مثالهایی از این تصمیمات هستند. تصمیمات میانمدت به نحوه بهرهگیری از منابع فعلی میپردازد، مانند جهتدهی به معابر و تخصیص خطها در دو جهت معابر دوطرفه. نهایتاً تصمیمات کوتاهمدتی چون تنظیم چراغهای راهنمایی، تنظیم عملیات روزمره را شامل میشوند.مسایل طراحی شبکه حملونقل شهری، با رویکرد نظریه بازیها مدلسازی میشوند. به جهت نوع مساله، دو گروه بازیگر وجود دارند. گروه اول مسئولان دولتی و تصمیمگیران هستند که نقش رهبر را ایفا میکنند و گروه دوم کاربران شبکه هستند که به تناسب تصمیمات اخذ شده برای شبکه توسط مسئولان، به انتخاب مسیر در شبکه میپردازند که نتیجه آن تغییر در الگوهای جریانهای ترافیکی در سطح معابر شهر است. این رویکرد مدل سازی منجر به توسعه مدلهای ریاضی دوسطحی برای این مسایل میشود که نا محدب هستند و حل آنها به طور ذاتی NP-سخت است.
جهتدهی به معابر یا تصمیمگیری برای یک طرفه یا دوطرفه کردن آنها، از جمله تصمیماتی است که میتوان ادعا کرد که به جهت نوع اثرات آن در شبکه حملونقل شهری، باید با دقت و حساسیت بیشتری مورد توجه قرار گیرد. چنانچه در مطالعات اشاره شد، یک طرفه کردن معابر در عین حال که منجر به افزایش ظرفیت ۱۰ تا ۲۰ درصدی ظرفیت جریان ترافیکی در آنها شود، میتواند موجب افزایش مسافتهای طی شده توسط بخشی از کاربران، افزایش ازدحام در بخش دیگری از شبکه و مواردی از این قبیل شود. با عنایت به توضیحات بالا، اهمیت استفاده از مدلهای تصمیمگیری که تاثیرات تغییر جهات در معابر را بر روی الگوهای جریان ترافیکی و در نتیجه عملکرد شبکه در سطح کلان در نظر بگیرند، آشکار میشود.
تصمیم یک طرفه کردن معابر میتواند به طور همزمان با سایر تصمیمات طراحی شبکه معابر شهری همچون افزایش ظرفیت معابر موجود، ساخت معابر جدید ، تخصیص نامتقارن خطها در چگونگی جهت معابر دوطرفه و تنظیم چراغ راهنما در تقاطعها منظور شود. در این صورت، علاوه بر ایجاد همافزایی در بهبودهای ایجاد شده در ظرفیت ترافیکی شبکه، این احتمال وجود دارد که هزینههای مورد نیاز برای سرمایهگذری را، نسبت به وضعیتی که هر یک از تصمیمات جداگانه مطرح شود، کاهش دهد.
تقاطعهای کنترلی(دارای چراغ راهنما) یکی از اجزای اصلی شبکههای حمل ونقل جادهای هستند که جریان وسایل نقلیه در سطح شهر را تنظیم و تعدیل می کنند. جریانهای ترافیکی در تقاطعهای کنترلی باعث ایجاد تاخیر در وسایل نقلیه می شوند. اگرچه چراغ راهنما از حرکت دایمی وسایل نقلیه در تقاطعها جلوگیری میکند، ولی به طور کلی در صورت محاسبه صحیح زمان بندی آن متوسط تاخیر وسایل نقلیه از زمانی که تقاطع بدون چراغ راهنماست، کمتر است. افزایش تاخیر در تقاطعها باعث افزایش زمان سفر کاربران، افزایش آلودگیهای محیطی وصوتی و کاهش قابلیت اطمینان شبکه می شود. بنابراین، باید به تقاطعها و بهینهسازی آنها از در مسایل توجه داشت.
در همین راستا، مساله مطرح شده در این پایان نامه موضوع کلی مورد بحث در سطوح بالا را در بر میگیرند. مساله مورد بررسی، اختصاص به ترکیب تصمیم جهتدهی معابر با سایر تصمیمات مربوط به شبکه معابر شهری دارد که شرح آن در سطور بالا آمد. با توجه به ویژگیهای NP-سخت بودن و نامحدب بودن مدلهای دوسطحی، برای حل مسایل در این پایان نامه از روشهای بالا ابتکاری استفاده می شود.

با توجه با توضیحات بالا، در فصل اول به تعارف اولیه و تعیین محدوده مساله مورد بررسی میپردازیم. فصل دوم شامل مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق است. در فصل سوم با تعریف متغیرها، پارامترها و مفروضات مساله، مدل ریاضی برای مساله و روش حل مدل ارایه می شوند. دستهای مسایل نمونه برگرفته از مقالات مرتبط با اندازههای مختلف با روش حل پیشنهادی حل می شوند و نتایج محاسباتی در فصل چهارم ارایه می
شوند. در نهایت، به جمعبندی مطالب و ارایه پیشنهادها برای تحقیقات آتی در فصل پنجم می پردازیم.

سیستم حمل ونقل
یک سیستم حملونقل۱ را میتوان به صورت مجموعهای از تسهیلات ثابت۲، نهادهای جریان۳ و یک سیستم کنترلی۴ تعریف نمود که به مسافران و کالا امکان میدهد بر محدودیتهای جفرافیایی غلبه و به موقع در فعالیتهای مورد نظر شرکت کنند]۱[. در واقع، یک سیستم حملونقل شامل مجموعهای از اجزاء است که امکان جابه جایی انسان و کالا را از مکانی به مکان دیگر فراهم میکند. تسهیلات ثابت، اجزای فیزیکی سیستم حملونقل هستند که در یک مکان ثابت واقع می شوند و شامل یالهای شبکه۵ (مانند جادهها، ریلها و لولهها) و گرههای۶ (مانند تقاطعها، پایانهها، بنادر و فرودگاهها) سیستم هستند. طراحی این تسهیلات شامل مسایلی چون مهندسی خاک و پی، طراحی سازه، طراحی شبکههای آبیاری و طراحی هندسی میشود. نهادههای جریان، واحدهایی هستند که از تسهیلات ثابت عبور میکنند. این نهادهها میتوانند وسایل نقلیه، واحدهای کانتینر، واگنهای قطار و غیره باشند، مثلاً در مورد سیستم بزرگراهها، تسهیلات ثابت برای انواع وسایل نقلیه اعم از دوچرخه و یدککشهای بزرگ قابل استفاده هستند. سیستم کنترلی شامل کنترل جریان۷ و کنترل وسیله نقلیه۸ میشود. کنترل وسایل نقلیه به روشهایی اطلاق میشود که وسایل نقلیه را در سیستم حملونقل هدایت میکنند که این هدایت میتواند دستی یا خودکار باشد. به طور مثال، در مورد هدایت خودروها در بزرگراهها، عامل انسانی و رفتار انسان به عنوان سیستم کنترلی وسیله نقلیه عمل میکند. سیستمهای کنترل جریان شامل ابزارهایی هستند که جریان روان حرکت وسایل نقلیه را ضمن کاهش ازدحام در سیستم حملونقل، فراهم میکنند. این سیستمها میتوانند شامل انواع علامتگذاریها در طول مسیرهای حملونقل، چراغهای راهنمایی و مقررات وضع شده برای حرکت در مسیرها باشند.شکل ۱-۱ تقسیمبندی اجزای سیستمهای حملونقل را نمایش میدهد.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   مفهوم استراتژی توسعه صادرات

تقسیم بندی سیستم های حمل ونقل
طبق آنچه در ادبیات برنامهریزی حملونقل مطرح میشود، سیستمهای حملونقل را میتوان از جهات گوناگون طبقهبندی کرد. تقسیمبندی سیستمهای حملونقل از نظر روش حمل مورد استفاده، یکی از مهمترین تقسیمبندیهای موجود در ادبیات است. محدوده مورد بررسی در این پایان نامه، روش “حمل جادهای” (منظور جادهها، بزرگراهها و خیابانها) است. نوع دیگر تقسیمبندی را میتوان بر اساس محدوده جغرافیایی وقوع فعالیتهای حملونقل انجام داد. سیستمهای حملونقل مورد بررسی در این پایان نامه “محدوده درون شهری” را در برمیگیرند. بخش اعظم حملونقل شهری۹ به جابه جایی مسافر اختصاص دارد و مهمترین روش حمل مورد استفاده در شهرها، حملونقل زمینی است. حملونقل زمینی در شهرها در قالب حملونقل شخصی (خودروها و موتورسیکلتهای شخصی و پیادهروی) و خدمات حملونقل عمومی از طریق اتوبوسهای شهری در بزرگراهها و مترو و سایر انواع قطارها در راهآهن درون شهری انجام میشود.
شبکههای حملونقل شهری در واقع متشکل از شبکه معابر شهری و شبکه حملونقل عمومی هستند که مانند شبکه اتوبوس و تراموا در شبکه معابر و مانند شبکه مترو یا مجزای از معابر تعریف میشوند.

طراحی شبکه‏های حمل‏ونقل شهری و تقسیم‏بندی‏های مربوط
در رابطه با عبارت مساله طراحی شبکههای حملونقل شهری و تعاریف آن برداشت واحد و یکسانی وجود ندارد و معمولاً عناوینی چون Urban Road Network Design Problem، Transportation Network Design Problem و یا به طور عمومی Network Design Problem و مشابه اینها برای اطلاق مساله به کار میروند. اما در اغلب مراجع عبارت آخر یا مخفف آن NDP به کار میرود. تعاریف ارایه شده برای مساله را میتوان به سه گروه تقسیم کرد.
تعریف “الف”]۳[: طراحی شبکه حملونقل در برگیرنده سلسله مراتب کاملی از فرایندهای تصمیمگیری مطرح در مسایل حملونقل است و در سه سطح استراتژیک، میانمدت و کوتاهمدت قابل طرح است. این تعریف طیف وسیعی از مسایل مطرح در برنامهریزی حملونقل را تحت این عنوان دربر می گیرد. از جمله انتخاب یالها، جهتدهی به خیابانها، مکانیابی، زمانبندی چراغهای راهنمایی و مواردی از این قبیل. این تعریف در یکی از مطرحترین و پرارجاعترین مراجع مرتبط با طراحی شبکههای حملونقل آمده است.
تعریف “ب” ]۴[: طراحی شبکه عبارتست از انتخاب بهینه تسهیلات برای افزودن به یک شبکه حملونقل یا تعیین میزان بهینه بهبود ظرفیت در تسهیلات موجود شبکه حملونقل. تسهیلات میتوانند گرهها یا یالهای شبکه باشند. با این تعریف، مساله انتخاب یالهای شبکه و مکانیابی تسهیلات در شبکه، جزو مسایل مرتبط با طراحی شبکه قرار میگیرند.
تعریف “ج”(]۵[و]۶[و بسیاری از مراجع مرتبط): طراحی شبکه عبارتست از تصمیمگیری در مورد انتخاب یالهای جدید برای افزودن به شبکه و یا توسعه ظرفیت یالهای موجود. این تعریف تقریباً در همه مطالعاتی که تنها حل مساله بالا را مد نظر قرار دادهاند ارایه شده و به عبارتی در ادبیات این دست مسایل کاملاً معمول است.
به منظور ایجاد قابلیت بیان و تقسیمبندی محورهای مورد مطالعه در پیشنهاد پایان نامه زیر یک چتر واحد، در این پایان نامه تعریف “الف” مد نظر قرار گرفته و ادبیات موضوع در قالب این تقسیمبندی معرفی و بررسی شده است. قابل ذکر است که تعریف “الف” خود به نوعی دربرگیرنده تعریف “ب” نیز هست. بر اساس تعریف انتخاب شده، میتوان انواع تصمیمات قابل اخذ در زمینه طراحی شبکههای حملونقل شهری را بر اساس سلسله مراتب تصمیمگیریه
ا به صورت زیر تقسیمبندی کرد.
تصمیمات استراتژیک: تصمیمگیری برای مسایل زیرساختی مرتبط با شبکههای حملونقل شهری که برای درازمدت طراحی میشوند، مانند توسعه معابر موجود از طریق افزایش عرض آنها یا ایجاد معابر جدید.
تصمیمات میان مدت: تصمیمگیری برای به کارگیری موثر منابع و زیرساختهای سیستم حملونقل هستند، مانند تعیین یک طرفه یا دوطرفه بودن خیابانها در سیستمهای حملونقل شهری، یا تعیین نحوه تخصیص خطها در معابر برای جهتهای رفت و برگشت.
تصمیمات عملیاتی: تصمیات مربوط به دورههای زمانی کوتاه مدت که بیشتر در رابطه با کنترل جریانهای ترافیکی در معابر هستند، مانند تنظیم چراغهای راهنمایی، تعیین میزان عوارض تعیین شده برای استفاده از بعضی بزرگراهها، تعیین فرکانسهای سرویسدهی وسایل حملونقل عمومی.
طراحی شبکههای معابر جادهای
به آن دسته از مسایل طراحی شبکه حملونقل شهری که دربرگیرنده تصمیمات مرتبط با معابر شبکه هستند، میتوان عبارت Road Network Design Problem (RNDP) یا “طراحی شبکههای معابرجادهای” را اطلاق کرد. مسایل RNDP را میتوان بر اساس ماهیت متغیرهای مورد استفاده در سه گروه طبقهبندی کرد.
مساله “طراحی شبکه حملونقل گسسته۱۰” (DNDP): این نوع مسایل با متغیرهای گسسته سروکار دارند. مانند ایجاد معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر جدید با افزودن خط به آنها یا تعریض و بهبود طراحی آنها، تعیین یک طرفه یا دو طرفه بودن معابر.
مساله”طراحی شبکه حملونقل پیوسته۱۱” (CNDP): این نوع مسایل با متغیرهای پیوسته سروکار دارند، مانند توسعه ظرفیت معابر از نوع متغیر پیوسته، تنظیم چراغهای راهنمایی و یا تعیین عوارض عبور از برخی معابر خاص.
مساله”طراحی شبکه حملونقل ترکیبی۱۲” (MNDP): این نوع مسایل با ترکیبی از متغیرهای پیوسته و گسسته یاد شده در موارد قبلی سروکار دارند.

مطالعات این پایان نامه MNDPرا در بر میگیرد. بر اساس شکل ۱-۲، محدوده مسایل مورد مطالعه در این پایان نامه، شامل انواع تصمیمات بلندمدت و میان مدت خواهد بود.

جهتدهی به معابر
جهت دادن به حرکت در معابر سیستمهای حمل ونقل، یکی از تصمیمات میان مدت مطرح شده در زمینه مسایل طراحی شبکه است که در دهههای پس از جنگ جهانی دوم به منظور افزایش کارایی شبکه و کاهش ازدحام ترافیک مطرح شد. جهتدهی به یال های شبکه با این دیدگاه عبارتست از تعیین جهت حرکت در یالهای شبکه حمل ونقل به طوری که امکان سفر بین هر دو نقطه از شبکه با توجه به محدودیتهای ایجاد شده برای حرکت در برخی مسیرها از بین نرود. به عبارت دیگر، شبکه حمل ونقل پس از تعیین جهت یالها همبند باقی بماند.
تنظیم چراغ راهنمایی
سیستمهای کنترلی یکی از ارکان سه گانه یک سیستم حمل ونقل هستند که خود

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید